Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекція-16.doc
Скачиваний:
90
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
849.41 Кб
Скачать

Мікрогетерогенні системи, розчинни високомолекулярних сполук. Системи з рідкою дисперсною фазою

До цього класу дисперсних систем належать суспензії, емуль­сії і піна. Слід зазначити, що для цих дисперсних систем диспер­сійне середовище (рідина) – надто наближена умова.

1. Суспензії. Суспензії – це завись порошків у ріди­нах. При достат-ньому вмісті вологи до суспензій можна віднести ґрунти, глиняне тісто, цементні і вапняні розчини, кольорові лаки і фарби та ін.

Суспензії одночасно поглинають і розсіюють світло. При цьому, на від-міну від опалесцентних золів, вони виявляють кала­мутність не тільки в бічному, але й у прохідному світлі. Для них характерне подвійне промене-заломлення у потоці.

У суспензіях не спостерігаються такі явища, як осмотичний тиск, броунівський рух, дифузія, характерні для звичайних ліозолів. Крім того, суспензії належать до седиментаційно нестійких систем.

За агрегативною стійкістю суспензії мають багато спільного із звичай-ними ліозолями. Як правило, частинки суспензій мають подвійний електрич-ний шар. Електрохімічний потенціал можна визначити традиційними мето-дами (мікроелектрофорелектрофорез, або електроосмос). Суспензіям власти-ве явище коагуляції під дією елект­ролітів.

Слід зауважити, що для суспензій спостерігаються процеси, не властиві для звичайних колоїдних систем. Деякі з них відбу­ваються по-іншому. До цих явищ належать седиментація і флота­ція, розглядалися вище, а також процеси фільтрації і кольматації. Фільтрація суспензій визначається дисперсністю і ступенем агрегації частинок, а також утворенням і здатністю до самоущі­льнення коагуляційної структури в осаді, що фільтрується. Тому фільтрація суспензій є складним фізико-хімічним процесом, на який впливають всі фактори, які керують агрегацією частинок і розвитком коагу-ляційних структур.

Таким же складним є й процес кольматації – проникнення (занесення) дрібних глинистих або мулистих частинок у пори ґрунту для зменшення водопроникності різних гідротехнічних споруджень – дамб, гребель та ін.

2. Емульсії. Емульсії – це колоїдні структури, в яких дисперсна фаза також є рідиною. Їх одержують за умов, подібних тим, які необхідні для одержання систем з рідким дисперсійним середовищем і твердою дисперс-ною фазою. Обидві рідини мають бути нерозчинними чи слабко розчинними одна в одній. При цьому в системі повинні бути стабілізатори, які у даному випадку називаються емульгаторами. Стійкість емульсій визначається співвідношенням густини фаз: чим ближче густина дисперсної фази до густини дисперсійного середовища, тим стійкіша емуль­сія з точки зору седиментації.

Характерним для емульсій є сферична форма частинок дис­персної фази. Дисперсність ліофобних емульсій, як правило, ни­жча, ніж дисперсність золів з твердою дисперсійною фазою.

Слід виділити з усього класу емульсій так звані критичні лі­офільні емульсії. Вони, як правило, утворюються з двох рідин, які обмежено змішу-ються (наприклад, вода – анілін, вода – ізо­аміловий спирт) при температу-рах, близьких до критичної тем­ператури змішування. Це така температу-ра, при якій поверхне­вий натяг на межі розподілу фаз мінімальний. За цих умов спо­стерігається ефект самодиспергування, в результаті якого утво­рюється найтонша емульсія. В такій емульсії процеси коалесцен­ції компен-суються прагненням обох фаз до рівномірного розподі­лу по об'єму.

Зрозуміло, що будь-яка критична емульсія – це термодинамі­чна стійка система, яка потребує емульгаторів. Характерною її властивістю є існування в дуже вузькому температурному інтер­валі і, крім того, непостійність складу частинок дисперсної фази. Це означає, що крапельки критичної емульсії постійно утворю­ються в системі і постійно зникають. Певною мірою цей процес нагадує утворення асоціатів у рідині в результаті флуктуації її гу­стини.

Розглянемо деякі конкретні питання, пов'язані з утворенням і поведінкою емульсій.

Класифікація емульсій. Емульсії класифікують або за характером дисперсної фази і дисперсійного середовища, або за концентрацією дисперс-ної фази в системі.

Згідно з першою класифікацією емульсії поділяють на:

емульсії першого виду, або прямі (емульсія олії у воді) – це неполярна або слабко полярна дисперсна фаза в сильно полярно­му дисперсійному середовищі;

емульсії другого виду, або зворотні (емульсія води в олії) – сильно полярна дисперсна фаза і неполярне або слабко полярне дисперсійне середо-вище.

Згідно з другою класифікацією емульсії поділяють на розве­дені, концентровані і висококонцентровані, або желатинопо­дібні:

розведені емульсії містять до 0,1% дисперсної фази. Вони, як правило, високодисперсні (частинки порядку 0,1 мкм); утво­рюються без введення в розчин емульгаторів. Певною мірою для цих емульсій властивий електро-форез, хоча про природу виник­нення заряду не існує єдиної точки зору. Ці емульсії мають багато спільного з ліофобними золями. У першу чергу це стосується електрокінетичних властивостей систем (встановив Повіс). Агрегативна стійкість пояснюється незначною концентрацією части­нок: імовірність зіткнення частинок дисперсної фази дуже мала.

концентровані емульсії містять до 70 74 % дисперсної фази. Розмір їх коливається від 0,1 мкм до 10,0 мкм і вище. За розмірами частинок ці емульсії можна віднести скоріше до мікрогетерогенних систем. Вони легко седиментують, причому тим ле­гше, чим більша різниця густини фаз. Якщо дисперсійне середо­вище має нижчу густину, то спостерігається ефект зворотної се­диментації – частинки спливають.

висококонцентровані емульсії (желатиноподібні) мають концентра-цію частинок вищу 75 %. Характерна риса – деформу­вання крапельок дисперсної фази і їх схожість з багатогранника­ми. Особливі механічні властивості виявляються зі збільшенням концентрації: при досить великих концентраціях висококонцент­ровані емульсії набувають властивостей гелю. Наприклад, їх мо­жна різати ножем.

Агрегативна стійкість. Як правило, емульсії агрегативно нестійкі через надлишок вільної поверхневої енергії на міжфазній поверхні. Процес довільного утворення агрегатів з окремих крапельок одержав назву коалес-ценції. Граничний випадок коа­лесценції – розшарування емульсії на два шари.

Агрегативна стійкість емульсій характеризується одним із двох або обома параметрами:

– швидкістю розшарування емульсії;

– тривалістю існування (часом життя) окремих крапель.

На агрегативну стійкість емульсій суттєво впливає наявність у системі емульгатора. Природа його визначає не тільки агрега­тивну стійкість, але й тип емульсії. Так, гідрофільні емульгатори сприяють утворенню емульсій типу «олія – вода» (о/в), а гідро­фобні – емульсій типу «вода – олія» (в/о). Емульгаторами можуть бути різні за природою речовини: поверхнево-активні речовини (ПАР), іоногенні полімерні групи (мила в широкому розумінні цього терміну), неіоногенні ПАР, високомолекулярні сполуки і навіть порошки.

Стабілізуючу дію мила і милоподібних речовин на емульсії типу «олія - вода» пояснюють різними факторами:

– електричним зарядом, що виникає на поверхні крапельок емульсії, стабілізованої милом;

– утворенням на поверхні крапельок емульсії структурованих гелеподіб-них осадів емульгатора (роботи Ребіндера і Таубмана);

– адсорбцією на поверхні крапельок води досить довгих і гнучких ланцюгів мила (емульсії другого виду);

– захисною дією крупинок, які утворилися з лужноземельних мил або продуктів гідролізу (зворотні емульсії).

У цілому слід відзначити, що емульгуюча дія ПАР тим ефек­тивніша, чим краще збалансовані полярні і неполярні частини емульгатора з обома фазами емульсії.

Стабілізація емульсій твердими емульгаторами можлива тільки тоді, коли розміри частинок порошку менші крапельок емульсії.

Методи одержання і руйнування емульсій. Основні практичні методи одержання емульсій – механічне диспергування дисперсної фази в дисперсійному середовищі в присутності ему­льгатора. Застосовують також струшування, вібрацію з викорис­танням спеціальних емульгаторів, мішалки, колоїдні млини, ульт­развук.

Крім того, емульсії можуть виготовлятися методом довільно­го диспергу-вання. Це, в першу чергу, олії, які застосовуються в техніці як охолоджу-вальні рідини при обробці металів методом різанням. Довільне диспергу-вання відіграє значну роль у живій природі в процесі травлення.

Іноді ставиться протилежне завдання – зруйнувати емульсію. Цей процес набагато складніший за процес емульгування. Реалі­зується він, як правило, за допомогою центрифугування, фільтру­вання, електрофорезу, нагрівання.

Для деяких емульсій спостерігається так зване обернення фаз: дисперсна фаза перетворюється в дисперсійне середовище, і навпаки. Таке явище спостерігається при введенні в емульсію ре­човин, здатних змінювати природу емульгатора.

Можливе утворення множинних емульсій (крапельки олії мі­стяться усередині крапельок води).